Question

11．如圖所示，一光滑的半徑為R的半圓形軌道放在水平面上，A、B分別是半圓形軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)一個(gè)質(zhì)量為m的小球以某一速度沖上軌道，當(dāng)小球?qū)⒁獜能壍揽陲w出時(shí)，軌道的壓力恰好為零，則：
（1）小球在B點(diǎn)的速度是多少？
（2）小球落地點(diǎn)C距A處的距離是多少？

Answer 1

分析 （1）小球恰好通過最高點(diǎn)可以求出小球在最高點(diǎn)的速度；
（2）小球離開B點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng)，已知初速度和高度可以求出落地時(shí)水平方向的位移．

解答 解：（1）小球在恰好通過最高點(diǎn)時(shí)在最高點(diǎn)B只受重力作用，根據(jù)牛頓第二定律有：
$mg=m\frac{{{v}_{B}}^{2}}{R}$
可得小球在最高點(diǎn)的速度為：${v}_{B}=\sqrt{gR}$
（2）小球離開B點(diǎn)開始做平拋運(yùn)動(dòng)，初速度為：${v}_{B}=\sqrt{gR}$，拋出點(diǎn)高度為：h=2R
則根據(jù)豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)有：h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$
可得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：$t=\sqrt{\frac{2h}{g}}$
小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故平拋過程中小球在水平方向的位移為：
x=v_Bt=2R
答：（1）小球在B點(diǎn)的速度是$\sqrt{gR}$；
（2）小球落地點(diǎn)C距A處的距離是2R．

點(diǎn)評(píng) 小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)時(shí)合外力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力由此得出恰好過最高點(diǎn)的臨界條件，再根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)求落地點(diǎn)的水平位移，掌握規(guī)律很重要．